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1、-范文最新推荐-1 / 13SIW 毫米波平面波导传输特性研究摘要基片集成波导是一种新型波导结构，不但具有矩形波导低损耗、低辐射、高 Q值以及高功率容量的优点，还具有微带体积小、容易集成的优点，应用前景广阔，它可以实现能量在不同传输线之间的转换和传输，因此成为微波领域的研究热点。论文首先对基片集成波导传播特性进行分析，然后在等效宽度公式的基础上提出基片集成波导的设计原则和设计方法，最后对基片集成波导传播特性进行测试，验证了与矩形波导相类似的传播特性。基片集成波导是一种集成非平面传输线，它的测试以及与其他电路的集成必须通过一种转换结构来完成，本论文以 SIW为基础，分析了到微带和共面波导的过渡，
2、给出了 SIW到微带过渡的设计方案并进行了仿真验证，仿真结果满足设计要求。8794关键词：基片集成波导矩形波导微带线共面波导微带过渡毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleThe propagation properties of millimeter-wave in planar waveguideAbstractSubstrate integrated waveguide (SIW) is a novel waveguide structure with advantages of low loss, low radiation, high Q factor and high power
3、capacity like rectangular waveguide, and compact and easy integration as microstrip line, has a bright future in applications. SIW is widely used in microwave and millimeter circuits, so it becomes one of the key points in microwave field.Firstly, the propagation characteristics for SIW are analyzed
4、. Secondly, the equivalence relation between SIW and rectangular waveguide is derived, and the principles and method to design a SIW is proposed on the basis of formula of effective width. Finally we have tested the propagation characteristics of SIW, indicating the similarity -范文最新推荐-3 / 13between
5、these two structures.SIW (Substrate Integrated Waveguide) is one kind of integrated non-planar transmission line, its measurement and integration with other circuits need a transition from SIW to microstrip. On the basis of SIW, the transition to microstrip and CPW is analyzed, and the design and si
6、mulation of the transition from SIW to microstrip is carried out. 5.1本论文的工作总结 295.2存在的问题及工作展望 29致谢 31参考文献 321绪论1.1本课题的研究背景就现代微波理论和技术的研究和发展而论，微波是指波长在 0.lmm1m，即频率在 300MHz3000GHz范围内的电磁波。这段电磁频谱包括分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段1。微波技术是近代科学技术发展的重大成就之一，特别是进入 20世纪 80年代以来，随着雷达及通讯技术的迅猛发展，微波的应用日趋重要。微波的波长短，方向性极强，适合于雷达应用来发现
7、和跟踪目标，此外，微波的频率高、信息容量大，能穿透电离层，有利于进行通讯和卫星导航等。随着现代毫米波技术的快速发展，现代移动通信经过数字移动通信系统（Global System for Mobile Communication， GSM） 、个人数字蜂窝系统（Personal Digital Cellular， PDC）为代表的第二代通讯技术的发展，已经向码分多址（Code Division Multiple Access， CDMA） 、第三代移动通信更新换代2。毫米波系统的功能越来越复杂、电性能指标越来越高，同时体积越来越小、重量越来越轻。微波毫米-范文最新推荐-5 / 13波系统迅速向小
8、型化、轻型化、高可靠性、多功能和低成本方向发展。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)技术是近年来兴起的一种可以集成于介质基片中的具有低损耗、低辐射、高功率容量等特性的新型波导结构，它可以有效地实现无源器件和有源电路的共面集成，使微波毫米波系统更加小型化。由于基片集成波导的传播特性与矩形金属波导类似，所以由其构成的微波毫 米波甚至亚毫米波器件及子系统具有高 Q 值、高功率容量以及易于与其他平面电路和芯片集成等优点，同时由于整个结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成，所以这种结构可以利用普通 PCB 工艺、LTCC 工艺、甚至薄膜电路工艺精确实现
9、。 传播特性是基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide - SIW)最基本的性质，对基片集成波导传播特性的分析是为其设计提供依据。基片集成波导是一种新型的波导结构，具有与矩形波导相似的传播特性。因此，我们从矩形波导入手，讨论它与矩形波导的相似性主要体现在哪些方面，又与矩形波导有哪些不同。在基片集成波导的具体设计过程中，满足什么约束条件才能等效为传统矩形波导，是本章介绍的内容。2.1SIW基本结构基片集成波导的基本结构如下图所示，上下底面为金属层，中间为低损耗介质基片，介质基板上垂直加工两排有周期性间隔的金属柱。图 2.1.1基片集成波导（ SIW）立体示意图每
10、个金属柱的半径为 ，相邻金属柱间距为 。左右两排金属柱相当于矩形波导的侧壁，而 PCB的上下金属面则代替了矩形波导的宽壁。-范文最新推荐-7 / 13SIW的主模场结构与矩形波导类似，二者传输特性也有相似之处，不过由于通孔缝隙的存在，会对磁场产生一些微扰,可能会存在微波泄漏的影响。根据研究，基片集成波导只能传输 TE模，这是由于基片集成波导的管壁由周期排列的金属化通孔构成，这种结构可以等效为在矩形波导的窄壁上横向开槽。根据矩形波导理论可知，如果开槽切割管壁电流，波导内的传输模式的能量将向空间辐射；若开槽不切割管壁电流，则基本不产生空间辐射。图 2.1.2 模矩形波导的管壁电流和管壁上的辐射性槽
11、与非辐射性槽如上图，由矩形波导中的 模管壁电流分布可知，窄壁横向开槽不切割横向电流，因此基片集成波导可以传输 模，其中 为主模。而对于矩形波导中的 TM模，窄壁电流为纵向分布，横向开槽必然切割电流，从而产生较大的空间辐射，使得 TM模在基片集成波导中无法传播，所以基片集成波导传输模式中只存在 模6 1826。 图 2.2.2 基片集成波导及等效矩形波导电场分布基片集成波导等效矩形波导 模的磁场有 Hx和 Hz两个分量，因此总的磁场与波导宽边平行。由于磁力线是闭合曲线，这些闭合曲线必位于与波导宽边平行的 xz 平面中。由式(2-2) 可以看出 TE10模的横向磁场 Hx与横向电场 Ey在波导宽边
12、上都是正弦分布，如图 2.2.3(a)所示，而纵向磁场 Hz则沿宽边成余弦分布，如图 2.2.3(c)所示。基片集成波导的磁场分布如图 2.2.3(b)、2.2.3(d)所示，可见基片集成波导 TEn0模与等效矩形波导 TEn0模有相同的磁场分布。通过仿真分析，我们已经成功验证了基片集成波导与等效矩形波导具有相似的传播特性。-范文最新推荐-9 / 13图 2.2.3基片集成波导及等效矩形波导磁场分布2.3SIW与矩形波导的等效关系由以上分析我们已经知道，基片集成波导与等效矩形波导具有相似的传播特性。接下来介绍 SIW与矩形波导的等效关系。文献14中通过对数据曲线的最小均方逼近拟合得到 SIW结
13、构的 模和 的截止频率分别是:(2.3.1)(2.3.2)其中 是真空中的光速， 是 SIW结构中两排金属柱中心间距，即 SIW的宽度。我们知道矩形波导导模的截止频率如下： (2.3.3)比较二者波导截止频率公式可以发现，矩形波导模式的截止频率主要受其宽度 a和高度 b影响，且主模 的截止频率只与波导宽度有关。而 SIW结构的截止频率则不同，除了受 SIW的宽度 的影响，还与金属柱半径 和金属柱的间距 W有关。 图 2.3.1 SIW与等效的 RW传输特性的比较（S 参数）从仿真的 SIW和 RW的 S参数来看，当参数满足式（2.3.6）的条件下，两者结构的特性能够很好地保持一致，截止频率的误
14、差几乎不到 50MHz（约为 0.8%） 。在低于 6.2GHz时，电磁波几乎在 SIW和 RW中没有传输，高于截止频率时，插入损耗都非常的小。SIW的高通特性与矩形波导完全相同，但矩形波导内反射要远远低于 SIW。-范文最新推荐-11 / 132.4SIW的设计方法和步骤根据以上基片集成波导的设计原则提出具体的设计步骤：1.确定等效波导宽度 a认为传输频率 f 处在两个截止频率 、 之间的中央位置，则有 ，根据上式及等效波导传输的中心频率可以求出等效矩形波导的宽度 a。2. 确定通孔间距 W与通孔半径 R。先定出通孔半径 R，然后根据式(2.3.5) 定出 W。3. 确定基片集成波导宽度 。确定上述参数之后，根据式(2.3.6)，即可确定
